【手続補正書】
【提出日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】  光学素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】  第１および第２の表面を有する導電性フィルムと、
前記導電性フィルムに設けられ前記第１の表面から前記第２の表面に連通する少なくとも一つの開口と、
前記導電性フィルムの前記第１および前記第２の表面の少なくとも一つに設けられた周期的に変化する表面形状とを有し、
前記導電性フィルムの厚さは開口直径の約０．０５乃至１０倍であり、
前記導電性フィルムの一つの表面に入射する光が前記導電性フィルムの少なくとも一つの表面上の表面プラズモンモードと相互作用し、その結果、前記導電性フィルムの少なくとも一つの開口を通ずる光伝送を強化することを特徴とする光学素子。
【請求項２】  第１および第２の表面を有する金属または半導体フィルムと、
前記金属または半導体フィルムに設けられ前記第１の表面から前記第２の表面に連通する入射光の波長未満の径を有する少なくとも一つの開口と、
前記金属または半導体フィルムの前記第１および前記第２の表面の少なくとも一つに設けられた周期的に変化する表面形状とを有することを特徴とする光学素子。
【請求項３】  前記金属は、アルミニューム、銀、金あるいはクロームの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】  光が周期的な表面形状を有する表面に入射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】  前記開口の直径が１００ｎｍ〜６００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項６】  前記表面形状が溝であり、溝の幅が１００ｎｍ〜６００ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項７】  前記周期的に変化する表面形状の周期が０．４μｍ〜２μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項８】  前記周期的に変化する表面形状が２周期以上形成されたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光学分野に関し、特に周期的に変化する表面形状を有するとともに一つ以上の開口が設けられた薄い金属フィルムを通じて行う光の伝送技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自らの光学的浸透厚（入射光による電磁界が、電界強度が１／ｅ2に低下するまで材料中に進入する深さ、金属に対しては一般的に２０ｎｍから３０ｎｍ）より厚い平滑な金属フィルムは、バルクプラズマ振動数ωpより低い振動数の光に対して不透明である。バルクプラズマ振動数ωpはωp2＝（４πｎｅ2）／ｍ*で与えられ、ここにｎは電子密度、ｅは電荷、ｍ*は実効質量である。かかる金属フィルム内の単一開口を通ずる光の伝送効率は開口の直径に依存する。もし開口直径が開口を通過する光の波長より小さければ、透過率は（ｄ／λ）4に比例する。（参照：Ｈ．Ａ．Ｂｅｔｈｅ，"小径孔による回折の理論（Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｂｙ  Ｓｍａｌｌ  Ｈｏｌｅｓ）"Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ，  第２シリーズ，巻６６，第７，８号，頁１６３−１８２（１９４４））。このため、近距離光学装置の光学的処理量は非常に小さい。
【０００３】
近年、光波長未満の径の開口列を有する金属フィルムを使用して、著しく高められた光伝送技術が開示された。
【０００４】
参照：Ｔ．  Ｗ．  Ｅｂｂｅｓｅｎ  他，"波長未満口径の孔列による驚くべき光伝送成果（Ｅｘｔｒａｏｒｄｉｎａｒｙ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｕｂ−ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｈｏｌｅ  ａｒｒａｙｓ）"，Ｎａｔｕｒｅ，巻３９１，頁６６７−６６９，  （２月１２日，１９９８年）；
参照：米国特許出願番号  ０８／９７９，４３２，  Ｔ．  Ｗ．  Ｅｂｂｅｓｅｎ  他，提出  １１月  ２６日，１９９７年  および  米国特許仮出願、出願番号  ６０／０５１，９０４，  Ｔ．  Ｗ．  Ｅｂｂｅｓｅｎ  他，提出  ７月  ８日，１９９７年，
参考として両者共本明細書に記載。１０００倍程のこの強化は、金属フィルムに入射する光が表面プラズモンモードと共振的に相互作用する時に生ずる。表面プラズモンモード（以下単にプラズモンと称する）は金属と隣接する誘電性媒体との界面に存在する集合的な電気的励起状態である。
【０００５】
参照：Ｈ．  Ｒａｅｔｈｅｒ，"平滑および粗な平面および格子上における表面プラズモン（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｌａｓｍｏｎｓ  ｏｎ  Ｓｍｏｏｔｈ  ａｎｄ  Ｒｏｕｇｈ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ａｎｄ  ｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ）"，巻３，  Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｔｒａｃｔｓ  ｉｎ  Ｍｏｄｅｒｎ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  （Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  出版社，ベルリン、１９８８）；
Ａ．  Ｄ．  Ｂｏａｒｄｍａｎ  （ｅｄ．），  "電磁的表面モード（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｍｏｄｅｓ）"，章１，１７，  頁１−７７，  ６６１−７２５  （Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，  １９８２）．
開口列が周期的に配置された構造は表面プラズモンモードと入射光線の結合（共振的相互作用）を可能とする。
【０００６】
他方で、開口の周期的配列はまたＷｏｏｄの異常の存在を含み回折格子に似た性質を有する（参照：上記Ｅｂｂｅｓｅｎ  他）。
【０００７】
（参照：Ｒ．  Ｗ．  Ｗｏｏｄ，"回折格子スペクトルにおける光の不均一分布の異常例について（Ｏｎ  ａ  Ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ  Ｃａｓｅ  ｏｆ  Ｕｎｅｖｅｎ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  ｉｎ  ａ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｕｍ）"  Ｐｈｙｌｏｓｏｐｈｉｃａｌ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，  巻４，頁３９６−４０２，（１９０２））およびＲ．  Ｗ．  Ｗｏｏｄ，"変則的回折格子（Ａｎｏｍａｌｏｕｓ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｇｒａｔｉｎｇｓ）"Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ，  巻４８，頁９２８−９３６  （１９３５））。
【０００８】
Ｗｏｏｄの異常は高次の回折光線が金属フィルムに接線方向になる時、０次の伝送において強く鋭い最小値を発生させる。これら二つの効果（表面プラズモン結合とＷｏｏｄの異常）が組み合わさると、０次の伝送スペクトルに明確な最大値と最小値が発生する。これらの最大値と最小値は、開口配列と入射光線配置の両者の幾何学的配列と隣接する誘電媒体の屈折率で定まる波長の位置に生ずる。
【０００９】
参照：上記Ｅｂｂｅｓｅｎ  他  および  Ｈ．  Ｆ．  Ｇｈａｅｍｉ  他，"表面プラズモンは波長未満径の孔を通ずる光伝送を強化する（Ｓｕｒｆａｃｅ  ｐｌａｓｍｏｎｓ  ｅｎｈａｎｃｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｈｏｌｅｓ）"，  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ，  巻５８，第１１号，頁６７７９−９７８２（９月１５日，１９９８年）。
【００１０】
この性質を利用する光伝送制御装置が開発された。
【００１１】
参照：米国特許出願番号  ０９／１６８，２６５，  Ｔ．  Ｊ．  Ｋｉｍ  他，提出１０月  ０８日，１９９８年，参考として本明細書に記載。
【００１２】
従来の開口配列付き装置においては、開口配列は光を伝送する開口としてのみ特徴付けられていた。しかしある種の光伝送用途（例えば、近接光学顕微鏡検査等）においては、開口列に示されるような高次伝送を、単一の開口、または、小さなセットの開口により実現することが望まれる。また、開口列の伝送をさらに増加することも望ましいことである。しかし今日までこのような強力な伝送は実現されなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属フィルムに周期的な表面形状を与え入射光線と強力に結合するようにした光伝送装置を提供することでこの問題を克服するものであり、用途に応じて金属フィルムに比較的小さな開口列を開け、または単一の孔を開けることもできる。
【００１４】
さらに、本発明は一般的光学素子を利用して、新式の走査型近接場顕微鏡、光波長未満のフォトリソグラフィーマスクの新技術、波長選択フィルター、および集光装置にその適用を広げている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学素子は、第１および第２の表面を有する導電性フィルムと、
前記導電性フィルムに設けられ前記第１の表面から前記第２の表面に連通する少なくとも一つの開口と、
前記導電性フィルムの前記第１および前記第２の表面の少なくとも一つに設けられた周期的に変化する表面形状とを有し、
前記導電性フィルムの厚さは開口直径の約０．０５乃至１０倍であり、
前記導電性フィルムの一つの表面に入射する光が前記導電性フィルムの少なくとも一つの表面上の表面プラズモンモードと相互作用し、その結果、前記導電性フィルムの少なくとも一つの開口を通ずる光伝送を強化することを特徴とする。
本発明の他の形態による光学素子は、第１および第２の表面を有する金属または半導体フィルムと、
前記金属または半導体フィルムに設けられ前記第１の表面から前記第２の表面に連通する入射光の波長未満の径を有する少なくとも一つの開口と、
前記金属または半導体フィルムの前記第１および前記第２の表面の少なくとも一つに設けられた周期的に変化する表面形状とを有することを特徴とする。
この場合、前記金属は、アルミニューム、銀、金あるいはクロームの少なくとも一つからなるとしてもよい。
上記のいずれにおいても、光が周期的な表面形状を有する表面に入射するとしてもよい。
また、前記開口の直径が１００ｎｍ〜６００ｎｍであるとしてもよい。
また、前記表面形状が溝であり、溝の幅が１００ｎｍ〜６００ｎｍであるとしてもよい。
また、前記周期的に変化する表面形状の周期が０．４μｍ〜２μｍであるとしてもよい。
さらに、前記周期的に変化する表面形状が２周期以上形成されるとしてもよい。
一般的に言って、本発明に準拠して光学素子が得られる。この装置は第１および第２の表面を有する金属フィルムと、金属フィルムに設けられ第１の表面から第２の表面に連通する少なくとも一つの開口と、金属フィルムの第１および第２の表面の少なくとも一つに設けられた周期的に変化する表面形状とを有する。
【００１６】
金属フィルムの一つの表面に入射する光が金属フィルムの少なくとも一つの表面上の表面プラズモンモードと相互作用し、これにより金属フィルムの少なくとも一つの開口を通ずる光伝送を強化する。本装置は単一の開口を備えてもまたは周期的配列格子上に配列した複数の開口を備えても良い。
【００１７】
上述のように、本発明の光学素子は周期的な表面形状を有する少なくとも一つの表面を含む金属フィルム有している。周期的な表面形状は、金属フィルム表面に周期的に配置された突起または凹み等の表面形状を含んでいる。周期的な表面形状により金属表面プラズモンモードが入射光と強力に結合できる。それにより金属フィルムの開口は、周期的な表面形状の周期と格子規則性に関連して光波長の強力伝送を行う。周期的表面形状が無い場合の同じ大きさ、数の開口を通じる伝送に比べて、強力光伝送の度合が遥かに大きい。これは金属フィルムの表面プラズモンの活発な参加によるものである。
【００１８】
以前そうであったように、もし光波長未満の口径の開口が単なる幾何学的な開口であったら、伝送効率（伝送された強度（エネルギーの強さ）を開口に入る光強度で除したものと定義する）は非常に小さい（例えば、開口直径：波長の比が約０．１であればが約２×１０-3）。しかし本発明においては、下記のように伝送効率が大きく増大されその結果得られる装置は、周期的な表面形状からなる表面形状の周期性と規則性を調整することにより、光の伝送性質を適応させる能力が付加された高能率サブ波長光源と考えられる。
【００１９】
この結果の実際的効果として、本発明の一般的光学素子は波長選択光学フィルター（特に紫外線、可視光線、近赤外線波長用）、空間光学フィルター、集光器、走査型近接場光学顕微鏡装置およびフォトリソグラフィーマスクとして応用できる。このすべては本明細書に記載され本発明に含まれている。
【００２０】
したがって本発明の目的は、ただ開口のみを通じた場合に比べて強力な伝送を行うため、周期的な表面形状を利用し一つ以上の開口を通じて強力な光伝送を行う装置を提供することである。
【００２１】
本発明の他の目的は添付の図面と共に下記記述を参照することによりさらに容易に明らかとなるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００２３】
図面を参照すると、図１ないし図５のそれぞれは、本発明による光学素子１０の幾つかの実施例を示す図である（縮尺は一定ではない）。
【００２４】
一般的に、光学素子１０は第１の表面２０ａと第２の表面２０ｂを含む薄い金属板すなわち薄い金属フィルム２０を有している。金属フィルム２０は少なくとも一つの孔、すなわち、開口３０を有し、金属フィルム２０の表面２０ａ，２０ｂの少なくとも一つが下記のように周期的な表面形状を含んでいる。
【００２５】
本発明の特定の実施例を説明する前に本発明を理解するため重要な幾つかの条件について詳述することが有益であろう。
【００２６】
金属フィルム２０は金属フィルムまたは金属板からなる構成である。金属フィルム２０を構成する材料は、すべての金属またはドープ処理をした半導体のように導伝性材料で、アルミニューム、銀、金あるいはクロームが好ましい。
【００２７】
周期的な表面形状を含む表面とは、ほぼ平滑な表面とは反対に隆起した、および、若しくは、沈下した領域を示す総ての表面で、これらの領域は周期性または規則的反復パターン（例えば規則的な二次元格子）で配列されている。例えば、周期的な表面形状を示す表面には下記のものが含まれるが、これに限定されることはない。
【００２８】
（１）複数の円筒形または半球径凹型へこみ（窪み）を備え、窪みが表面上に周期的に配列されている表面；
（２）複数の円筒形または半球径突起を備え、半球径突起が表面上に周期的に配列されている表面；
（３）複数の曲線状または直線状の凹型溝を備え、溝が表面上に周期的パターンで配列されている表面；
（４）複数の曲線状または直線状の隆起したリブを備え、リブが表面上に周期的パターンで配列されている表面；
（５）複数の沈下したまたは隆起した輪状部を備え、輪状部が表面上に周期的パターンで（例えば同心的に）配列されている表面；
（６）上記の如何なる組合わせにもよる表面。一般に周期的な表面形状は金属フィルム２０に設けられる開口３０を含まないが、希望により複数のかかる開口を周期的パターンで設けることができる。
【００２９】
金属フィルム２０表面の金属フィルム２０の全厚みを貫通する開口３０と、それが無ければ金属フィルム２０が開口３０を除いて名目上平滑となる突起や凹みを識別するため、金属フィルム３０の全厚みを貫通せず、それゆえ開口では無い表面の突起、または、凹みを述べるのに表面形状なる用語を使用する。例えば、窪み、半球径突起物、溝、輪状物、リブは表面形状である。表面形状は如何なる希望の形にも形成できる。尚、本発明の意図は表面形状の如何なる特定寸法によっても限定されないが、然し表面形状の幅、または直径ｄSF、すなわち、周期性方向における表面形状の寸法は、表面形状の周期Ｐより小さく作られるのが好ましい。さらに、表面形状の周期Ｐに金属フィルム２０に隣接する媒体の屈折率ｎdを乗じた値もまた、金属フィルム２０を通じて伝送する光の最大波長λより小さく（最適にはほんの僅か小さく）作られるのが好ましい。すなわち、ｄSF，Ｐ，ｎd，λ間の好ましい関係は、ｄSF＜Ｐ、および、ｎdＰ＜λである。ただし、上記の関係は本発明を制限するものではない。ここで、二つの異なる媒体が金属フィルムの二つの表面に隣接している場合、ｎdが二つの媒体の屈折率の小さい方に等しいことが好ましい。また、複数、すなわち、少なくとも二つ以上の周期的表面形状がある限り、本発明が有効であることも注目すべきである。実際、本発明は最少二つの周期的表面形状があれば有効である。
【００３０】
図１は本発明による光学素子の一実施例を説明するための斜視図である。図１に示す光学素子１０は、各々周期的表面形状を含む第１の表面２０ａと第２の表面２０ｂを持つ金属フィルム２０を有している。第１の表面２０ａと第２の表面２０ｂの平面図をそれぞれ図２と図３に示す。
【００３１】
図２に示すように、第１の表面２０ａは正方配列された開口３０と窪み４２からなる表面形状４０をそれぞれ含み、窪み４２の列は周期Ｐ1を有する。窪みは図示するように直径ｄSFを有する。
【００３２】
図３に示すように第２の表面２０ｂは、金属フィルム２０の全厚を突き出る開口３０の列を含み、列の周期はＰ2である。図２および図３の比較から解るように第１の表面２０ａの周期的表面形状の周期はＰ1であり、これは第１および第２の両表面２０ａ、２０ｂ上に周期的に配列した開口列の周期Ｐ2の１／２である。なお、図２および図３に示される周期Ｐ2：Ｐ1の特定比２：１は単に例示のためのもので本発明に必ずしも必要な値ではない。
【００３３】
図１の上部に矢印で記号表示されたＩincidentの強度を有する入射光は、金属フィルム２０の第１表面２０ａに向かい、金属フィルム２０の第２表面２０ｂ内の開口３０から増大された強度Ｉoutputを有する図１の下部に矢印で記号表示された出力光として伝送される。
【００３４】
光がこの構造を通って反対方向に移動した場合、すなわち、もし光が第２表面２０ｂに入射し周期的な表面形状を有する第１表面から出力光として伝送された場合にも伝送強度の増大が起こることに注目すべきでる。しかしこのような形状では伝送強度は大きく増大しない。したがって、伝送強度を最大に高めるためには、光が周期的な表面形状を有する表面に入射することが好ましい。
【００３５】
図１に示されるように、開口３０の直径はｄAで表わされる。伝送強度を最大限増強して最高解像度を得るために開口３０の直径は、開口３０上への入射光の波長より小さいことが好ましい。すなわち、開口は波長未満（サブ波長）の直径を持つことが好ましい。
【００３６】
金属フィルム２０の厚みはｔで表示され、金属フィルム２０の光浸透厚より大きくなければならない。すなわち、金属フィルムは光学的に不透明であるように十分厚くなければならないが、開口直径ｄAの約０．０５乃至１０倍の範囲にあることが好ましい。
【００３７】
図１ないし図３に示した実施例には、支持されていない薄い金属板２０が示されている。すなわち、金属板２０は支持構造に隣接または固着されていない。しかし本発明では、金属フィルムをガラスまたは石英上に堆積させ、薄い金属フィルム２０を基板に固定してもよい。例えば、厚さｔ＝０．２μｍの銀フィルムを蒸着法により、溶融石英、または、ガラス基板上に堆積させることが可能である。
【００３８】
基板を使用する時には、露出（空気）表面か金属フィルム−基板の界面にある表面上のいずれかに周期的表面を設けることができる。金属フィルム−基板の界面にある金属表面上に周期的な表面形状を設ける場合には、例えばパターンの陰画を基板表面上に作り、陰画パターンを形成した基板上に金属フィルムを堆積させてることにより、金属フィルム上に表面形状を設けることができる。
【００３９】
さらに、図１ないし図３に示した実施例の開口３０および窪み４２は、円形または円筒形であるが、本発明の範囲から逸脱することなく、これらの特異形状を他の形、例えば楕円形、長方形、またはスリット型にすることができる。
【００４０】
表面形状４０は実際には上記のように、表面形状の幅または径ｄSFが表面形状の周期より小さい限り、相応する表面内に如何なる寸法、または、形の突起および若しくは凹みを含むことができる。
【００４１】
さらに、図１ないし図３に示した実施例の周期的配列は正方配列であるが、本発明の教義から逸脱することなく、開口および表面形状について、例えば三角形のような他の二次元の周期的配列形態も可能である。
【００４２】
図４および図５のそれぞれは、本発明による光学素子の他の典型的な実施例の第１の表面２０ａおよび第２の表面２０ｂの構造を示す平面図である。
【００４３】
本実施例において金属フィルム２０は単一の開口３０を有する。第１の表面２０ａには単一の開口３０と図１ないし図３に示した実施例と同じ窪み４２を複数含む表面形状４０が形成されている。窪み４２は図示されるように直径ｄSFを有し、周期Ｐ1で周期的に配置されている。
【００４４】
第２の表面２０ｂには単一の開口３０のみが形成されている。第１の表面２０ａに向けて光が入射すると、増加強度を有する出力光が第２の表面２０ｂの開口３０から伝送される。
【００４５】
図６および図７のそれぞれは、本発明の光学素子のさらに他の典型的な実施例の第１の表面２０ａおよび第２の表面２０ｂの構造を示す平面図である。
【００４６】
本実施例においても金属フィルム２０は単一の開口３０を有する。第１の表面２０ａには単一の開口３０と凹んだ溝４４を含む表面形状４０が形成されている。溝４４は図示されるように寸法ｄSFの周期性方向に幅を有し、周期Ｐ1の周期的なパターンで、同一の外延を有し互いに平行に配置されている。
【００４７】
第２の表面２０ｂには単一の開口３０のみが形成されている。第１の表面２０ａに向けて光が入射すると、増加強度を有する出力光が第２表面２０ｂの開口３０から伝送される。
【００４８】
図８および図９のそれぞれは、本発明の光学素子のさらに他の典型的な実施例の第１の表面２０ａおよび第２の表面２０ｂの構造を示す平面図である。
【００４９】
本実施例においても金属フィルム２０は単一の開口３０を有する。第１の表面２０ａには単一の開口３０と凹んだ溝４６を含む表面形状４０が形成されている。溝４６は図示するように周期性方向に寸法ｄSFの幅を有し、周期Ｐ1の周期的パターンで、二組の平行溝が互いに直交して配置されている。本実施例における溝４６は図６に示した溝４４より幅が狭く表示されているが、このことは必ずしも必要ではない。また、溝４６は水平方向と垂直方向とが同じ幅で表示されているが、これもまたその通りでなくても良い。二組の平行溝もまた直交する必要はなく、代わりに他の角度で交差することができる。さらに、溝の間隔も二組の平行溝間で同じである必要は無い。さらに、三組み以上の溝が交差するようにしても良い。第２の表面２０ｂには単一の開口３０のみが形成されている。第１の表面２０ａに向けて光が入射すると、強度が増大された出力光が第２表面２０ｂの開口３０から伝送される。
【００５０】
図１０および図１１のそれぞれは、本発明の光学素子のさらに他の典型的な実施例の第１の表面２０ａおよび第２の表面２０ｂの構造を示す平面図である。
【００５１】
本実施例においても金属フィルム２０は単一の開口３０を有する。第１の表面２０ａには単一の開口３０と凹んだ同心の輪状溝４８を含む表面形状４０が形成されている。図１ないし図９に示した各実施例が（ｘ，ｙ）方向の周期性を有するものであるのに対し、本実施例は、各実施例とは対照的に半径方向の周期性を有している。輪状溝４８は図示するように周期性方向に寸法ｄSFの幅を有し、周期Ｐ1の周期的パターンで、すなわち、半径が周期的に増大する同心的に配置されている。
【００５２】
第２の表面２０ｂには単一の開口３０のみが形成されている。第１の表面２０ａに向けて光が入射すると、増加強度を有する出力光が第２表面２０ｂの開口３０から伝送される。
【００５３】
図１ないし図１１に示した各実施例には凹んだ表面形状、例えば、窪み、溝、および輪状溝が示されている。本発明は、上記のように隆起した表面形状を含んでおり、図１ないし図１１に示す周期的配置の表面形状、例えば、隆起した、突起、リブおよび輪状物を代用的に備えることができる。
【００５４】
図１ないし図５、図８および図９に記載される表面を、下記に示すように実験的に組み立てられた。石英基板上に厚さ３００ｎｍの銀の金属フィルムを熱蒸着させた。銀のフィルムは光学的に不透明である。ついで金属フィルム内に集中イオンビーム機ミクリオン（MIcrion）９５００（５０ｋｅｖガリウムイオン、５ｎｍ称呼径）を使用して開口と表面形状が組み立てられた。個々の開口の直径ｄAと表面形状の寸法ｄSF（窪みの直径または溝の幅等）を個々の異なる試料について１００ｎｍから６００ｎｍの間で変動させた。また、表面形状の周期Ｐ1を０．４μｍから２μｍの間で変動させた。
【００５５】
装置の動作を解析するため、下記のように０次の伝送画像とスペクトルを記録した。また遠距離伝送結像顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ  ＴＥ  ２０００）を使用して単一の画像およびスペクトルを得た。画像は分光計（ＩＳＡ  Ｔｒｉａｘ３２０）の入り口スリットに結像され、液体窒素冷却された電荷結合素子（ＣＣＤ  Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）カメラにより検出した。結像目的のために分光計の回折格子を鏡に置き換え、画像をＣＣＤ上に投影した。水平軸に沿った単一開口、または、開口列の空間的隔離は分光計の入り口スリットを使用して行った。
【００５６】
本発明の動作の理解を高めるため、本発明が提供する強力光伝送を産出する周期的な表面形状と一つ以上の開口が設けられた金属フィルムを通じて、強力光伝送が発生する物理的原理について述べる。
【００５７】
上記のように、周期的な開口列が開けられた平滑な表面を有する金属フィルムは、明瞭なピークと強く増大された伝送効率を表す明確な０次伝送スペクトルを表示する。これらの最大値は入射光線と金属フィルムの両表面２０ａと２０ｂ上の表面プラズモンとの共振相互作用の結果生ずる。参照：上記Ｇｈａｅｍｉ他。
【００５８】
図１２は本発明による装置の、金属フィルム内における入射および出射光線の関連配置とその表面プラズモンとの結合状態を示す図である。本発明に準拠して作られた光学素子１０を入射光線波長ベクトルｋincおよび出射光線波長ベクトルｋoutと共に示す。波長ベクトルｋincは光学素子１０の表面への垂線Ｎに対しθの角度で光学素子１０に入射する。波長ベクトルｋoutは波長ベクトルｋincに平行である。波長ベクトルｋxは光学素子１０の表面の平面内にある波長ベクトルｋincの成分である。
【００５９】
入射光がｐ偏光、すなわち、入射電界がｘ軸に平行で孔明き金属フィルムユニットがｙ軸の回りに角度θだけ回転している場合には、周期的な表面形状、または、開口の周期的配列、または、両者の結合等周期的構造を持つ金属フィルム上の表面プラズモンと入射光との結合は以下に示す運動量保存の法則に従う．（参照：上記Ｈ．Ｒａｅｔｈｅｒ）。
【００６０】
【数１】
2004070288.tif 000001
ここに
【００６１】
【数２】
2004070288.tif 000002
は表面プラズモンベクトル；
【００６２】
【数３】
2004070288.tif 000003
は図１２に示す金属フィルムの平面内にある入射光線ｋincの波長ベクトルの成分；
【００６３】
【数４】
2004070288.tif 000004
は表面構造の周期格子例えば、
【００６４】
【数５】
2004070288.tif 000005
である正方格子に相当する逆格子ベクトルである。ここにＰは表面特殊形状の周期であり、θは図１２に示すような入射波長ベクトルｋincと金属フィルムの表面垂線Ｎ間の角度、ｉ，ｊは整数である。ベクトル
【００６５】
【数６】
2004070288.tif 000006
の量は下記分散関係式から得られる。（参照：上記H. Raether）
【００６６】
【数７】
2004070288.tif 000007
ここにωは入射光線の角振動数、εmとεdはそれぞれ金属と誘電媒体の誘電率である。今εm＜０、および、｜εm｜＞εdと仮定する。これはバルクプラズモンエネルギー以下の金属とドープ処理をした半導体に対する場合である。参照：上記 H. Reather； M. Ordal 他 "赤外線領域および遠赤外線領域における Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti および W 等金属の光学的性質（Optical Properties of the Metals, Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti and W in the infrared and far infrared）", Applied Optics, 巻22, 第7号, 頁1099-1119 （4月1日1983年）。
【００６７】
伝送強度をＥおよびｋxの関数としてグレースケール上に描くと、得られるエネルギー−運動量（Ｅ，ｋx）線図（分散線図として知られる）は一組の高伝送帯を示し、この高伝送帯セットは（２）式で与えられる表面プラズモン分散を再生する。伝送スペクトルは、金属フィルムに実際に隣接する媒体がたとえ著しく異なる種類のものであっても、孔明き金属フィルムのどちら側が照らされるかには無関係である。
【００６８】
これらの結果を図１３および図１４に示す。図１３および図１４のそれぞれは、孔列を有するが周期的な表面形状を持たない金属フィルム、および、孔列を有し周期的な表面形状を持つ金属フィルムのそれぞれに対して、入射角θの関数として伝送スペクトルを表した線図である。特に、図１４に示すデータを作成するのに使用する構造は周期的配列の窪みを有し、図１および２に示す実施例構造と同じである。どちらの場合も金属フィルムは石英基板上に堆積させた約３００ｎｍ厚の銀フィルムで、開口の直径は約２００ｎｍである。図１４に示される金属フィルムの場合には、窪みの直径も約２００ｎｍである。開口だけの周期はＰ＝２．０μｍで窪みの周期はＰ＝０．５μｍである。
【００６９】
伝送スペクトルの最小値は、回折光線が回折格子に対して接線方向に作用した時に回折格子に現れるＷｏｏｄの異常の結果と同定される。参照：上記Ｈ．Ｆ．Ｇｈａｅｍｉ  他，上記  Ｒ．  Ｗ．  Ｗｏｏｄ．
Ｗｏｏｄ  の異常の発生条件は、
【００７０】
【数８】
2004070288.tif 000008
が擦過光（格子に対し接線方向）の波長ベクトルで置換される以外は式（１）、（２）と同じである。擦過光ベクトルは、
【００７１】
【数９】
2004070288.tif 000009
は支持層の屈折率である。高次配列に対してはWoodの異常最小値の幅を非常に小さくでき、普通は分光計の解像度で限定されることが分かっている。
【００７２】
Ｗｏｏｄは、高品質な回折格子においては０．６ｎｍの波長解像度を用いてこの効果により二つの主ナトリウム線を分離できるという事実を述べた。本発明の光学フィルターは下記に述べるように、金属フィルムに対する入射光線の角度θをごくわずかに変動させて高いコントラストで伝送強度を変調することにより、この現象を利用する。
【００７３】
Woodの異常の発生が幾何学的形状に依存することにより、（Ｅ，ｋx）線図の表面プラズモン分枝の分散に密接に関係する最小値の組合わせが得られる。分散曲線の大部分は限定された勾配で（Ｅ，ｋx）平面を通過するから、一定の光子エネルギーＥ（或は一定の波長）に対して伝送強度は入射角θが変動するにつれて最大値、最小値を行き来する。したがって、入射角θを変動させて、伝送光の波長または振幅を制御できる。
【００７４】
逆に、Ｅ（またはλ）が変動すると、伝送光エネルギーは一定の入射角θに対して最小値、最大値を示す。金属フィルムに対して光線が垂直に入射（すなわち、θ＝０）すると、波長の最大値は式（１）と（２）を組み合わせた以下の式により得られる。
【００７５】
【数１０】
2004070288.tif 000010
同様に最小値は以下の式により得られる。
【００７６】
【数１１】
2004070288.tif 000011
配列の各平面に対して伝送スペクトルの中に一組の最大値、最小値が存在する。例えば、もし金属フィルムに接する媒体が一表面が空気で反対側が石英であれば、各表面に対する伝送スペクトル内の最大値と最小値は石英と空気間の屈折率の相違で互いに識別できる。参照：上記Ebbessen他および上記Ghaemi他。
もし金属フィルムの表面が周期的な窪み、もしくは、隆起により構成されていれば、すなわち、表面が周期的な表面形状を備えていれば、例え開口だけしか持たない前述の装置より金属フィルムの開口が相対的に少なくても、金属フィルムはなお明確な表面プラズモン共鳴を有することを発明者等は発見した。このことは図１５で図解的に説明されている。
【００７７】
図１５は、一方は開口のみを備え、他方は表面形状並びに開口を図２および図３に示した金属フィルムの一表面上に備えた二つの金属フィルムの典型的な０次伝送スペクトルを比較して示す図である。
【００７８】
金属フィルムは厚さ約３００ｎｍの銀フィルムである。各金属フィルムにおいて、一表面は石英基板に隣接し、他の表面は空気に露出している。
【００７９】
破線により示される第１の金属フィルムにおいては、正方配列の開口のみが設けられ、空気側と石英側の両方において配列の周期Ｐは１μｍである（Ｐ（空気側表面）＝Ｐ（石英側表面）＝１μｍ）。
【００８０】
実線により示される第２の金属フィルムにおいては、正方配列の開口と、凹み、すなわち窪みが空気側表面に周期Ｐ＝０．５μｍで設けられ、対応する開口のみの正方配列が石英側表面に周期Ｐ（石英側表面）＝１μｍで設けられている。開口および窪みの直径は約２００ｎｍである。図１５においてピーク点の表示は式（３）、（４）で定めたように、（ｉ，ｊ）の組合わせが使用され、また、文字Ａが空気側表面を、文字Ｇが石英（ガラス）側表面を表し、周期はミクロン単位で表示している。
【００８１】
図１５において、開口と窪みの場合はＰ（空気側表面）＝１μｍ（Ａ１．０μｍと表示）に相当するピークが開口のみの場合に比べて消滅しており、また、Ｐ（空気側表面）＝０．５μｍの時の伝送ピーク（（１，０）Ａ０．５μｍと表示）がさらに著しく強いことが解る。この理由は、窪みがあると空気−金属表面はＰ＝０．５μｍの凹み（開口または窪み）の正方配列を持つことによる。さらに、列を構成していない単独の開口に比べて既に強化されている開口列のみの場合の伝送は、入射光が窪みと関連して表面プラズモンモードと共振するときには、さらに一層激しく強化される。このことは、図１３および図１６（Ａ）にその特性が示される表面形状が設けられていない孔開き金属フィルムと、図１４および図１６（Ｂ）にその特性が示される窪みが形成された表面形状付きの孔明き金属フィルムを比較する、図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）の（Ｅ，ｋx）分散線図、並びに、図１３および図１４から明らかである。（Ａ）は、開口の列が明いた金属フィルムを通して行う光の伝送を、光子エネルギーE＝hc/λ，およびｋx＝ｋincsinθの関数としてグレースケールで表示するグラフで、金属フィルムの二つの表面がいずれも周期的表面形状を含まない場合である。（Ｂ）は、開口の列が明いた金属フィルムを通して行う光の伝送を、光子エネルギーE＝hc/λ，およびｋx＝ｋincsinθの関数としてグレースケールで表示するグラフで、金属フィルムの二つの表面の内一つが図１および２のものと同じ周期的表面形状を含む場合である。
【００８２】
図１６（Ａ）には存在しない図１６（Ｂ）の明るい帯は、Ｐ＝０．５μｍの窪み列の表面プラズモンモードに相当し、周期的な表面形状の存在がさらに光伝送を強化することを示している。
【００８３】
上記の著しい伝送強化は、開口の大きな列に対してのみでなく小数の開口または単一の開口に対してさえ発生する。
【００８４】
図１７は、周期Ｐ＝０．５μｍの窪み付き表面形状を含む図４に示す光学素子のような周期的な表面形状を有する金属フィルムに設けられた単一開口の典型的な０次伝送スペクトルと、周期的な表面形状を持たない平滑な金属フィルム内の単一開口の典型的な０次伝送スペクトルとを比較する図である。
【００８５】
周期的に構成された表面の単一開口は、表面形状の周期に望まれる伝送最大値、最小値を示し（参照：上記Ghaemi他）、平滑な金属フィルムの単一開口の場合に比べて、最大伝送時において大きな伝送強化が観察される。
【００８６】
図１５および図１７に示す例において、例えば図２に示されるような開口は、例えば窪み等の表面形状とともに配置されている。つまり、開口と表面形状は位置的に整合し同調している。すなわち、開口は、さもなくば表面形状に占拠される位置に配置されており、位置的に同調している。また、開口周期と表面形状周期との比は簡単な整数であり、位置的に整合している。
【００８７】
もし、開口周期と表面形状周期との比が簡単な整数であるが、開口が、さもなくば表面形状に占拠される位置に配置されていなければ、開口列と表面形状列とは整合しているが、この二列は同調していない。
【００８８】
もし、開口周期と表面形状周期との比が簡単な整数でなければ、図１８に示すように、開口列と表面形状列とは位置的に整合していない。このような位置的に不整合な構造においては、本発明がもたらす強力伝送は、図１８の位置５１等の二つの周期的構造が同調状態に近い位置においてのみ生じ、図１８の位置５２等の二つの列が同調していない場所では伝送力は強化されず、すなわち、低いものとなる。この状態を図１９に示す。
【００８９】
図１９は白色光で均一に照明された状態において、図１８に示されるような位置不整合構造からでる光の空間分布を示すワイヤー線図である。
【００９０】
上記のように、一つ以上の開口と周期的表面形状を示す少なくとも一つの表面を有する金属フィルムの強力伝送スペクトルの状態は、表面に入射する光の角度により定まる。この角度依存効果を利用して図２０に示す斬新な波長選択機能を有する光学フィルター７０が作製された。上記のように作製された光学素子１０は基板のような支持材７２上に設置されるのが好ましく、支持材７２は回転軸７４に搭載されるのが好ましい。光学素子１０の周期的表面形状を含む表面形状は、周期的開口と位相が整合し同調していることが好ましい。
【００９１】
図２０において、破線は光学フィルター７０の表面に垂直な垂線Ｎを表し、光学フィルター７０への入射光角度は垂線Ｎに対する角度θで表す。光学フィルター７０を回転調整して入射角θを変更し、図１３、図１４および図１６に示すように、光伝送が角度の関数としてピークになる波長を選択的に変動することができる。この性質を利用して、一つ以上の開口と周期的表面形状を有する、少なくとも一つの表面を有する金属フィルムを含み、所定の入射角を得るように調整できる光学フィルターを形成できる。フィルターの入射角が変動するにつれフィルターを通じる伝送光の波長もまた変動し、その値は選択した入射角に基づいて選択できる。
【００９２】
上記の波長選択機能を有する光学フィルター７０は、紫外線、可視光線および長波長光線に対して使用することができる。この光学フィルター７０の利点は、出射光と入射光とが同一線上となるので、減衰が生じる全反射装置に比べて、光線を再指向する必要が無いことである（参照：上記Ｈ．Ｒａｅｔｈｅｒ）。さらに、周期的表面形状は従来技術とは明らかに異なる独特な新しい構造を備えている。特に従来技術の赤外線およびマイクロ波網装置は開口のみを含むが、本発明では開口と周期的表面形状の結合したものを特徴とする。
【００９３】
本発明が提供する光学フィルターの他の変形例として空間光学フィルターがある。空間光学フィルターは、フィルターの表面に沿った選択した位置で波長および若しくは伝送光の強度の変動を行い得るフィルターである。
【００９４】
本発明の空間光学フィルターは上記のように、周期的表面形状を含む表面形状が周期的開口と不整合であるか、および、若しくは、非同調である光学素子１０を利用する。表面形状と開口間の整合性および若しくは位相差を変えることにより、図１８および図１３に示すように、任意の指定位置でフィルターを通じて伝送された伝送光の波長、および、若しくは、強度を制御することができる。例えば、周期的に配置された表面形状は金属フィルム上において、いかなる指定位置においても周期的に配置した開口と同調、または、非同調するように位置させることができる。この配置において、表面形状、すなわち、周期的表面形状が、周期的に配置された開口と同調している場所では開口を通じて強いな伝送が生じる。また、表面形状が周期的に配置された開口と同調していない場所では、開口を通じての強い伝送は発生しない。
【００９５】
本発明の空間光学フィルターは、固定して搭載することもできるし、また、もし非整合、および、若しくは、非同調配列の影響と角度伝送依存とを結合しようと希望するなら、図２０２０に示すように回転可能に搭載することができる。
【００９６】
一つ以上の開口と周期的表面形状とを有する、少なくとも一つの表面の両方を備えた本発明の光学素子は、従来の網配列、すなわち、赤外線またはマイクロ波領域においてフィルターとして使用された粗な網、または、ワイヤー列と比較して、光学フィルターとして改善された波長選択性を示す。参照：R.Ulrich,"金属メッシュの遠赤外線領域特性とその構造（Far-Infraed Properties Of Metallic Mesh And Its Complimentary Structure）", Infrared Physics, 巻7，頁 37-55 (1967)； L.C.Botten 他,"共振領域における誘導性グリッド：理論と実験（Inductive Grids In The Resonant Region:Theory And Experiment）", International Journal of Infrared and Millimeter Waves,巻6,第7号,頁511-575(1985)。
【００９７】
さらに、ギヤップ内のエネルギー状態の場合を除いて総ての波長において材料が不活性、または、不透明である光子バンドギャップ配列と異なり、本発明は結合が生ずる波長を除き総ての波長において不透明材料の使用を規定する。
【００９８】
本発明の他の用途として図２１と図２２に示す集光装置がある。Iincidentの矢印で表示される光が光伝送装置１０に入射する。光学素子１０は基板８０上に堆積した金属フィルム２０を有する。図２１に示すように、金属フィルム２０は複数の開口３０を備え、かつ、少なくともその一つの表面上に配置された周期的配列の表面形状４０を有する。周期的表面形状４０と結合した後、集光は複数の開口３０を通じて、好ましくは、各開口３０にできるだけ近く連通するように対応して設けられた複数の光ファイバー８２に移動する。なお、図２２に示すように単一の開口３０を金属フィルムに設けても良い。ここでは単一の光ファイバー８２が単一の開口３０と連通して集光しており、光が一つの光ファイバー８２に伝送される。
【００９９】
図２１および図２２に示される集光器において、開口３０を通りファイバー８２に入る光の強度は、上記のように本発明の光学素子１０により強化される。
【０１００】
開口３０の縦横比は重大ではなく、上記のように強力集光の波長を決定するには表面形状４０の周期が重要である（参照：例えば上記の式（３）および（４））。
【０１０１】
以前は光の波長より短い径の光ファイバーに光を導くことは困難であった。光の方向を決めるのに複雑なレンズおよび調節装置が使用された。本発明においては、開口のある面の表面範囲よりも多くの光が開口を伝送するため、金属開口と表面形状の配列が集光器のように作用する。結果的に、ファイバー（もし開口が光波長未満の径ならばその長さの径のファイバーを含む）への光の導入が効率的になる。実際に本発明の集光器は、本発明に使用された一つ以上の開口と周期的表面形状の組合わせに対抗して開口のみの列を利用する集光器より尚一層効率的である。
【０１０２】
単一開口を有する構造表面の他の用途としては、走査型近接場光学顕微鏡法（ＮＳＯＭ：Near-field Scanning Optical Microscopy）における用途がある。図２３ないし図２５のそれぞれは本発明に準拠して製造した走査型近接場光学顕微鏡装置を示す図である。
【０１０３】
図２３および図２４に示すように、光源９０は支持材（図示せず）に支えられた試料９２を通じて、集光器として作用する装置１００に光を伝送する。装置１００は正面１０２を有する光伝送装置である。上記の光伝送装置１０で利用された金属フィルム２０に相当する金属フィルム１０４を、例えば堆積により、装置の正面１０２に固定する。金属フィルム１０４は装置が集めた光の強度を増すために、単一の波長未満径の開口１０６と配列された窪み等の表面形状１０８を含む。
【０１０４】
図２３に矢印で示すように、装置が集めた光は、装置を通じて従来公知のＮＳＯＭ信号処理作業に送られる。周期的な表面形状は、試料に対面する金属フィルム１０４側に設けても或は試料の反対側で装置１００の正面１０２に隣接する金属フィルム側に設けてもよいことに注目すべきである。
【０１０５】
図２５は本発明による走査型近接場光学顕微鏡の他の実施例の構造を示す図である。ここで、装置１００は、集光器（集光モード）としてではなく、光源（放射モード）として作用する。装置の構造は図２３および図２４に示すものと同様である。図２５の矢印に示すように、光は装置１００に入り正面１０２に向かう。光は金属フィルム１０４の露出面上の窪み等の周期的配列の表面形状１０８と結合する。続いて、光は正面１０２上の単一の波長未満径の開口１０６を経由して試料９２を通り、従来から行われている信号処理のため光検出器９４に伝送される。少なくとも二つの表面形状１０８が装置１００の正面１０２上の金属フィルム１０４に存在することにより、装置１００から試料９２に入り、次いで、光検出器９４で集光される伝送光の強度が増大される。
【０１０６】
ＮＳＯＭの解像度は開口の寸法により決定され、径が小さい程解像度が向上する。しかし実際には、上記のように波長未満径の開口の伝送量は（ｄ／λ）4で減少し、発生する信号の強度が非常に低くなるから、達成できる解像度には実際上の限度がある。したがって、より良い解像度を達成するために開口がより小さく作られるにつれて、本発明の単一の波長未満径の開口によるＮＳＯＭ装置にて行われる強い光伝送は、周期的表面形状とあいまって従来のＮＳＯＭに比べるとますます有利となる。それは本発明の光伝送は、開口の表面積に直線的に依存し、波長は開口を取り巻く表面形状の周期と規則性に依ってのみ決定されるからである。換言すれば、本発明のＮＳＯＭ装置は上記の（ｄ／λ）4での依存性に妨害されないことによる。
【０１０７】
図２６および図２７に示す他の実施例では、一つ、または、複数個の開口を有する本発明による光学素子を使用し、金属マスク内の周期的表面形状と開口の配置を工夫して、サブ波長写真平板印刷用の斬新なマスクを作ることができる。
【０１０８】
マスク１２０は不図示の基板上に堆積され、一つ以上の開口１２４を有する金属フィルム１２２を含んでいる。金属フィルム１２２の第１の表面１２２ａ上に周期的表面形状を構成するように、窪み等の複数の周期的に配置された表面形状１２６を金属フィルム１２２の第１の表面１２２ａ上に設ける。開口１２４の直径よりずっと大きい波長λを有する入射光１３０は、マスク１２０の第１の表面１２２ａに向けられる。入射光１３０は周期的表面形状と結合し、（λ／２）よりずっと小さい特異形状を持つ写真石版画像を作るために、開口１２４を通り金属フィルム１２２に投影される。
【０１０９】
本発明の写真石版作業を例示するため、感光材料を塗布した基板１４０上の文字Ｈの写しと二つの点を図２６と図２７に示す。転写する画像（この場合文字Ｈ）に対応する配置で、スリット状の開口１２４ａが金属フィルム１２２内に形成される。さらに、円形または点状の開口１２４ｂが、二つの点の画像として作られる。光１３０はマスク１２０を指向し、ついで光は上記のように、表面形状１２６がもたらした周期的表面形状による増強された伝送効果と共に、開口１２４ａと１２４ｂを通り伝送される。その結果、感光性耐蝕膜被覆の基板１４０が希望した画像１４２のパターンで露出される。
【０１１０】
本発明のフォトリソグラフィーマスクは、強度のＵＶおよびＸ線源を使用することなく、感光性材料上に波長未満の幅の点または線を描くことができる。強い線源の代わりに、通常のＵＶ線源または可視光線源さえも使用できる。さらに、本発明ではＸ線感光性耐蝕膜の代わりに、従来の感光材料、例えばＵＶ感光性または可視光感光性耐蝕膜を使用できる。
【０１１１】
以上ある種の用途における各種の光学素子につき記述、例示してきたが、当業者には明らかなように、ここに添付する請求の範囲に依ってのみ限定される本発明の精神および広い教義から逸脱することなく変更、修正が可能である。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による装置においては、強力な光伝送が行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による光学素子の典型的実施例の斜視図である。
【図２】
図１に示す光学素子の金属フィルムの第１の表面の平面図である。
【図３】
図１に示す光学素子の金属フィルムの第２の表面の平面図である。
【図４】
本発明による光学素子の他の実施例の金属フィルムの第１の表面の平面図である。
【図５】
本発明による光学素子の他の実施例の金属フィルムの第２の表面の平面図である。
【図６】
本発明による光学素子のさらに他の実施例の金属フィルムの第１の表面の平面図である。
【図７】
本発明による光学素子のさらに他の実施例の金属フィルムの第２の表面の平面図である。
【図８】
本発明による光学素子のさらに他の実施例の金属フィルムの第１の表面の平面図である。
【図９】
本発明による光学素子のさらに他の実施例の金属フィルムの第２の表面の平面図である。
【図１０】
本発明による光学素子のさらに他の実施例の金属フィルムの第１の表面の平面図である。
【図１１】
本発明による光学素子のさらに他の実施例の金属フィルムの第２の表面の平面図である。
【図１２】
本発明のによる光学素子に関する入射および出射光の幾何学的配置を示す概略斜視図である。
【図１３】
開口の列が開けられた金属フィルムを通して行う光の伝送を、入射光の光子エネルギーおよび入射角の関数として表示するグラフで、金属フィルムの二つの表面がいずれも周期的表面形状を含まない場合である。
【図１４】
開口の列が明けられた金属フィルムを通して行う光の伝送を、入射光の光子エネルギーおよび入射角の関数として表示するグラフで、金属フィルムの二つの表面のうち一つが図１および２に示す周期的表面形状を含む場合である。
【図１５】
二つの金属フィルムの０次伝送を示すグラフである。一方の金属フィルムは周期Ｐ＝１μｍで円形開口の正方配列を備え、他方の金属フィルムは同じ周期Ｐで同じ配列の開口を備え別に位置的に開口と整合しＰ／２の周期を持つ周期的表面形状を備えた表面を有する。
【図１６】
（Ａ）は、開口の列が明いた金属フィルムを通して行う光の伝送を、光子エネルギーE＝hc/λ，およびｋx＝ｋincsinθの関数としてグレースケールで表示するグラフで、金属フィルムの二つの表面がいずれも周期的表面形状を含まない場合である。（Ｂ）は、開口の列が明いた金属フィルムを通して行う光の伝送を、光子エネルギーE＝hc/λ，およびｋx＝ｋincsinθの関数としてグレースケールで表示するグラフで、金属フィルムの二つの表面の内一つが図１および２のものと同じ周期的表面形状を含む場合である。
【図１７】
二つの金属フィルムの０次伝送を示すグラフである。各金属フィルムは単一の開口を有し、一方の金属フィルムは名目上平滑な表面を有し、他方の金属フィルムは周期Ｐ＝０．５μｍの周期的表面形状を備えた表面を有する。
【図１８】
開口の列と周期的表面形状を有する金属フィルムの平面図で、周期的表面形状を含む表面形状の周期はＰ＝０．５μｍ、開口の列の周期は１．０６μｍで、周期的表面形状の列と開口の列は位置的に不整合である。
【図１９】
図１８に示した金属フィルムを通して伝送された０次伝送白色光の空間分布を示すワイヤー線図である。
【図２０】
光の入射角を変更して通過する光の伝送を選択的に変更する装置を示す斜視概略図で、かかる装置は波長選択光学フィルターとして有効である。
【図２１】
本発明による集光器の概略斜視図である。
【図２２】
本発明による集光器の概略斜視図である。
【図２３】
本発明による走査型近接場光学顕微鏡装置の概略斜視図で、装置は集光モードで作業中である。
【図２４】
本発明による走査型近接場光学顕微鏡装置の分解した概略図である。
【図２５】
本発明による走査型近接場光学顕微鏡装置の概略斜視図で、装置は放射モードで作業中である。
【図２６】
フォトリソグラフィーマスクとして利用された本発明の光学素子の概略斜視図である。
【図２７】
本発明を使用したフォトリソグラフィーマスクにより、光電性被覆を有する基板上に転写された最終的パターンを示す斜視概略図である。
【符号の説明】
【符号の説明】
１０    光学素子
２０    金属フィルム
２０ａ    第１の表面
２０ｂ    第２の表面
３０    開口
４０    表面形状
４２    窪み
４６    溝
７０    光学フィルター
７２    支持材
７４    回転軸
８０    基板
８２    光ファイバー
９０    光源
９２    試料
９４    光検出器
１００    装置
１０２    正面
１０４    金属フィルム
１０６    開口
１０８    表面形状
１２０    マスク
１２２    金属フィルム
１２２ａ    第１の表面
１２４ａ，１２４ｂ    開口
１２６    表面形状
１３０    入射光
１４０    基板
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004070288.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2004070288.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004070288.tif 000014
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2004070288.tif 000015
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2004070288.tif 000016
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004070288.tif 000017
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2004070288.tif 000018
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004070288.tif 000019
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2004070288.tif 000020
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004070288.tif 000021
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2004070288.tif 000022
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２０】
2004070288.tif 000023
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２１】
2004070288.tif 000024
【手続補正１５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２２】
2004070288.tif 000025
【手続補正１６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２３】
2004070288.tif 000026
【手続補正１７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２４】
2004070288.tif 000027
【手続補正１８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２５】
2004070288.tif 000028
【手続補正１９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２６】
2004070288.tif 000029